人教版高一物理（必修1）《自由落体运动》教学设计

武威

摘要：自由落体运动是物理教学中非常重要的一部分内容，掌握好这部分的内容对于学生的物理学习有着重要的意义，怎样把课堂内容设计的更加生动形象，让学生更好的掌握这部分知识呢？我们这篇文章主要针对自由落体运动的相关知识进行设计，结合世界上著名的实验来进行分析，理论联系实践，再把课本上的知识穿插到讲解中，帮助学生有兴趣来学习这部分知识。在课程设计的时候，把重点和难点都挑出来，考虑到学生们学习的心理活动，有针对性的进行讲解，让设计更加科学合理。

一、设计思想：

1、设计思路：

自由落体运动这一部分内容，教材分两节进行教学，第一节通过演示、实验，分析得出自由落体运动的规律，明确重力加速度的意义，使学生对自由落体运动规律有具体、深入的认识。第二节介绍落体运动的研究历史，主要是介绍伽利略对自由落体运动的研究过程和他的科学思维方法，使学生对自由落体运动的认识上升到更高的层次。

但筆者认为，课堂中引导学生探究自由落体运动的性质和规律的过程，以及采用的方法，与伽利略对自由落体的研究非常类似，可以把两节内容有机融合，将伽利略的科学研究活动让学生去重演，并且有创造性地发展、改进，强调在重演中让学生体会科学的本质，建构自己独特的科学素养和人文素养。

第一课时：创设情景，让学生体验伽利略所处年代的科学技术水平，让学生能够站在伽利略的角度思考伽利略遇到的研究难题，体会伽利略的研究方法。同时结合现代的科学技术水平，让学生用当今的科学技术去解决当时的难题，引导学生提出多种实验方案（打点计时器、滴水法、频闪照片等），建立多种数学模型（位移与时间关系、速度与时间关系、加速度特点、速度图象等）进行论证假设，培养学生的创造性思维。

第二课时：从学生提出多种实验方案选出一种可行的方案——打点计时器，采用不同的数学模型进行研究，从而得出结论，并应用于实践。

这样伽利略对自由落体运动的研究方法和思想可以更好地内化为学生的方法思想。

2、理论依据——文化重演理论

法国伟大的启蒙思想家卢梭认为，儿童从出生到成年的发展就是人类种族进化过程的重复，即所谓的“文化重演理论”（recapitulation theory）。基于此理论，一些学者对物理概念规律的历史变迁在物理概念规律教学中的作用进行了一些研究，提出在物理概念（规律）教学中应该将概念（规律）的历史发展与学生的探究体验相结合，主张将科学发展史上重要的科学研究活动让学生去重演，强调在重演中让学生体会科学的本质，建构自己独特的科学素养和人文素养，有人把这种教学模式称为“历史探究模式”。

二、教材分析：

1、地位和作用：生活中许多物体的运动都可以看作自由落体运动，教材把该部分内容放于本章最后部分，是想通过对自由落体这种常见的、特殊的运动的研究对整章知识进行复习与巩固，同时也加强了课本与实际生活的联系，并且今后要学习的抛体运动也需要自由落体的相关知识做基础，因此本节内容在高中物理中具有重要的地位和作用，是本章知识的复习课，培养学生思维的研究课，联系生活的应用课，也是后面课程的知识能力准备的基础课。

2、新老教材的比较：新教材把老教材“自由落体运动”后面的阅读材料这一块内容整理成独立一节，我认为有以下的意图和作用：学生一旦知道自由落体运动是初速度为0，加速度为g的匀加速直线运动，其实就不难掌握这种运动的规律，因此“自由落体运动”这一部分内容不仅要注重自由落体运动的性质和规律，更要强调如何探究发现自由落体运动的性质，通过《伽利略对自由落体运动的研究》一节，渗透研究物理问题的基本思路和科学方法，为以后研究比较复杂的物理规律打下良好的基础，同时培养学生刻苦勤奋、迎难而上的精神。因此在教学设计中应落实教材的编写意图，对《伽利略对自由落体运动的研究》一节要加于重视，并要有创造性地将伽利略对自由落体运动的研究过程与课堂探究活动有机结合。

三、学情分析：

1、心理特点：高一的学生各种心理品质和思想品质正处于逐步趋向成熟的起始阶段，学生已具备一定的发现问题、分析问题和解决问题的能力，能与其他同学通过讨论表达自己的思想和评价他人的观点，具备与他人合作探讨问题的能力。在教学中应充分认识并发挥学生已经具备的各种能力，使其各种能力得到发展。

2、知识背景分析：经过初中相关内容的学习和平时的生活经验，学生对自由落体运动已具有一定的感性认识，但许多学生由于受日常经验的影响，对物体下落的快慢有错误的认识，因此在教学中应重视演示实验。

学生已掌握匀变速直线运动规律，并能加以应用；对打点计时器的工作原理，纸带的处理方法有了一定的认识。在教学中要充分利用学生已有的知识，引导学生通过类似打点计时器的方法，根据匀变速直线运动的规律建立多种数学模型，得出自由落体运动的性质和规律。

四、教学目标

教学目标的确定应该建立在充分挖掘教材的教育价值，正确认识学生的特点的基础上，基于以上对教材和学习者的分析，我认为这节课不单是为了让学生知道实验的结论和规律的内容，更重要的是让学生知道结论和规律是如何得出的，在教学中为学生存储一些创造性解决问题的案例为他们以后遇到问题时创造性加以借鉴打下基础，从而培养创新精神。因此我们的教学重心要从科学结论的学习上转移到概念和规律的形成过程，以及形成这些概念和规律所用的方法和学习中，达到激发学生对物理的学习兴趣，懂得认知未知事物的方法，发展学生各方面的能力和创新意识。

具体到高中物理课程的三个维度的目标，我认为有下面几点：

1、知识与能力目标：

⑴知道什么是自由落体运动。

⑵掌握自由落体运动的规律和自由落体加速度。

⑶能运用自由落体规律解决实际问题。

2、过程与方法目标：

⑴通过演示实验、探究实验培养同学观察问题、解决问题的能力。

⑵通过对伽利略的工作的回眸，掌握伽利略的科学的思维方法。

3、情感态度与价值观目标：

⑴通过演示实验和对亚里士多德观点的反驳让学生认识到：从生活经验中得到的认识，有些并不是正确的，而需要采用科学方法——实验和理论来研究问题。

⑵通过学习伽利略对自由落体运动的研究，培养学生在科学研究中大胆质疑的精神。

五、教学重难点分析：

重点：通过伽利略的研究方法的启发，确定实验方案和进行实验，逐步揭示自由落体的性质和规律为本节的重点。因为本节的核心不在于自由落体运动规律本身，而在于探究自由落体性质和规律的过程和方法，只有这样学生才能从课堂中创造性地获取科学研究的正确思想和方法，充分體现教材的教育价值。

难点：通过分析实际数据（纸带、频闪照片等）来研究自由落体运动的规律是本节的难点。运动物体的位置往往变化得比较快，凭目测难以观察和记录，用打点计时器、频闪照相等就可以记录下运动物体每隔相等时间所在的位置，这样就可以用来对运动进行分析。但是具体的分析方法是许多学生无法想到的，在教学中应该认识到分析方法其实就是数学模型的建立，引导学生从自己的假设——“自由落体是初速度为0的匀加速直线运动”出发，利用匀加速直线运动的规律提出数学模型进行论证。

六、教学过程

（一）建立理想模型

物体自由下落的运动是一种常见的运动，不同物体的下落快慢是否相同呢？

展示亚里士多德观点，要求学生提出亚里士多德观点的论据是什么？他是如何进行问题研究的？这种研究方法存在哪些问题？

引导学生回答上述问题后，要求学生从实验或理论等方面对亚里士多德的观点进行反驳。（此时学生的认知产生激烈的冲突，使学生学习探究的动机由潜伏状态转入活动状态，从而产生强烈的探究意识和浓郁的学习兴趣。）

随后介绍伽利略的反驳，相同的思维可以引发学生共鸣，不同的思维可以启发学生思考，开阔学生思维。

接着进一步引导学生思考：为什么前后两次会出现不同的现象？如果没有空气阻力又会如何？哪些场所比较适合做该实验？

（引导学生发现空气阻力的存在掩盖了落体运动的规律，为了揭示规律，必须排除空气阻力的干扰）

通过牛顿管实验，和月球上自由落体实验明确：物体下落得快慢跟物体的重量无关，亦即不同的物体只受重力作用从静止开始下落的运动遵循相同的规律。

（排除了空气阻力的干扰后，从静止开始下落的运动遵循相同的规律，为了解决实际生活中的复杂问题，必须忽略次要因素建立一个简单的理想的运动）

为了便于表述和研究这种运动的规律，物理学上把物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。在有空气的空间里，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略不计，物体的下落也可以看做自由落体运动。

（二）自由落体运动性质和规律的探究

1、提出假说：

从实验中知道，自由落体运动是一种变速直线运动，这种运动是什么性质的运动呢？你对此有什么设想呢？引导学生进行大胆猜想——初速度为0的匀加速直线运动。（对比伽利略的假说，激励学生探究规律的兴趣，掌握建立科学假说的方法。

2、设计实验 验证假说

为了减小设计难度，可以先介绍伽利略的验证方案：从S与t的关系入手，通过斜面实验寻找规律，发现位移与时间的平方的比值不变，即不同物体从不同斜面所做的都是初速度为0的匀加速直线运动。然后对上述结果进行合理外推，得出自由落体运动的性质。

介绍伽利略的验证方案后，进行提问：

（1）为什么伽利略用斜面来验证假说，而不直接验证呢？这对你有何启发？现在可否解决确定时间的问题呢？什么仪器可以进行比较精确的测量？你能否设计一个方案来验证假说呢？

（2）除了从S与t的关系入手寻找规律外，还有其他的方法吗？

经过一系列的思考，学生对如何进行实验有了一个比较清楚的思路，最后引导学生对频闪照片应用不同的方法进行处理，发现自由落体运动的性质：初速度为0的匀加速直线运动。

3、重力加速度的教学

通过频闪照片计算自由落体运动的加速度，由公式S=at2/2，根据各不同物体下落相同距离的时间相同，得出自由落体运动的物体都具有相同的加速度。

在同一地点，不同物体作自由落体运动时的加速度相同，这个加速度叫自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。

不同的地理位置，重力加速度的大小不同，通常情况下g 取9.8m/s2，粗略计算时g 取10m/s2 。（初中学过的常数g =9.8N/㎏，实质上是这里的重力加速度）

重力加速度是矢量，它的方向总是竖直向下的，与重力方向相同。

4、自由落体运动的规律：

（学生对这个小实验兴趣极大，个个跃跃欲试，可多做几位，g 取10m/s2，教师必须先测算出一些数据，做好准备）。